43- (Atkins 2007) Com base nas estruturas de Lewis, coloque as seguintes moléculas ou íons na ordem decrescente de comprimento de ligação:
a) A ligação C-O em CO, CO2, CO3
; b) a ligação
; c) a ligação
em
.
a) A ligação C-O em CO, CO2, CO3
Passo 1
O enunciado pede para ordenar, em cada item, as moléculas ou íons pela ordem decrescente do comprimento da ligação solicitada. Ou seja, em cada caso devemos listar primeiro a espécie que tem a maior distância entre os átomos (ligação mais longa) e por último a que tem a menor distância (ligação mais curta).
As 3 perguntas são:
a) ordem decrescente do comprimento da ligação C–O em .
b) ordem decrescente do comprimento da ligação S–O em .
c) ordem decrescente do comprimento da ligação C–N em .
As 3 perguntas são:
a) ordem decrescente do comprimento da ligação C–O em
b) ordem decrescente do comprimento da ligação S–O em
c) ordem decrescente do comprimento da ligação C–N em
Informações relevantes fornecidas: as espécies acima (moléculas e íons). Não há figura adicional. A resolução exige comparar comprimentos de ligações, portanto precisaremos inferir a ordem a partir das estruturas de Lewis/resonância e de conceitos sobre ordem de ligação e sua relação com o comprimento.
Passo 2
Princípios fundamentais que vamos usar (aula rápida e prática):
- Relação entre ordem de ligação e comprimento: quanto maior a ordem de ligação (mais ligações múltiplas entre os átomos), mais curta e mais forte é a ligação; quanto menor a ordem, mais longa. Isso é a base da comparação de comprimentos.
- Definição prática de ordem de ligação para ligações em estruturas de ressonância: quando há ressonância, a ordem de ligação entre dois átomos é a média das multiplicidades nas diferentes formas de ressonância. Em termos simples:
Por exemplo, se em ressonância temos uma ligação dupla e uma simples distribuídas em duas posições equivalentes, a ordem média é . - Como construir Lewis rapidamente (foco no que interessa aqui): contar elétrons de valência, distribuir pares para completar octetos (ou usar expandido para 3ª período quando necessário), desenhar estruturas-resonância e calcular a ordem média de ligação. Não vamos detalhar cada par de elétrons se não for necessário — a ideia é identificar multiplicidade efetiva C–O, S–O ou C–N.
Passo 3
Parte (a): analisar
.
- Lewis:
tem uma ligação tripla entre C e O na representação mais estável (há uma estrutura com ligação tripla e um par isolado no carbono, com cargas formais que colocam carga negativa em C e positiva em O; mas em termos de multiplicidade a ligação é equivalente a uma tripla). - Portanto a ordem de ligação entre C e O em
é .
Explicação didática rápida: uma ligação tripla significa três pares de elétrons compartilhados entre os átomos — isso gera uma ligação muito curta e forte.
Passo 4
Parte (a) continua: analisar
.
- Lewis:
tem a estrutura linear , com duas ligações duplas equivalentes C–O. - Ordem de ligação C–O em
é .
Comentário prático: dupla ligação → mais curta que uma simples, mas mais longa que uma tripla.
Passo 5
Parte (a) continua: analisar
(íon carbonato).
- Lewis e ressonância: o íon
tem três estruturas-resonância equivalentes, em cada uma há uma ligação dupla C=O e duas ligações simples C–O. As três formas são equivalentes e a dupla é “delocalizada” entre as três O. - Para encontrar a ordem média de ligação entre C e cada O fazemos a média das multiplicidades: soma das multiplicidades =
. Dividimos por (as três ligações C–O equivalentes): ordem média - Conclusão: ordem de ligação em
é (aprox. ), menor que em e muito menor que em .
Passo 6
Comparação final para (a) usando a relação ordem de ligação × comprimento: ligações com ordens menores são mais longas. Temos:
-
: ordem (menor comprimento) -
: ordem (comprimento intermediário) -
: ordem (maior comprimento)
Portanto, em ordem decrescente do comprimento da ligação C–O (do maior para o menor):
Passo 7
Parte (b): analisar
.
- Lewis/resonância:
apresenta duas formas-resonância equivalentes em que há uma ligação dupla S=O e uma ligação S–O simples (o duplo se alterna entre as duas O). Assim a ordem média da ligação S–O é - Conclusão:
tem ordem de ligação S–O igual a .
Passo 8
Parte (b) continua: analisar
.
- Lewis/ressonância:
(trióxido de enxofre neutro, estrutura planar) costuma ser representado com três ligações duplas equivalentes S=O (resonância que as mantém equivalentes). Portanto cada ligação S–O tem ordem . - Conclusão:
tem ordem de ligação S–O igual a (ligações curtas).
Passo 9
Parte (b) continua: analisar
(íon sulfito? atenção:
é sulfito).
- Lewis/resonância: o íon
(sulfito) tem três estruturas-resonância onde, em cada forma, há uma ligação dupla S=O e duas ligações simples S–O, com as cargas negativas distribuídas; a dupla é delocalizada entre as três oxigênios se considerarmos formas equivalentes. Assim a ordem média de S–O é - Conclusão:
tem ordem média S–O , a menor entre os três.
Passo 10
Comparação final para (b): ordens obtidas
-
: (mais curta) -
: (intermediária) -
: (maior comprimento)
Logo, em ordem decrescente do comprimento da ligação S–O:
Passo 11
Parte (c): analisar
.
- Lewis:
tem a estrutura linear com uma tripla ligação C≡N. - Ordem de ligação C–N em
é . Isso dá uma ligação muito curta entre C e N.
Passo 12
Parte (c) continua: analisar
(metanimina, frequentemente escrita
).
- Lewis: a fórmula sugere uma ligação dupla entre C e N,
, ou seja uma imina com C=N. - Ordem de ligação C–N aqui é
.
Passo 13
Parte (c) continua: analisar
(metilamina).
- Lewis: ligação simples entre C e N,
. - Ordem de ligação C–N é
. (Observação: pode haver contribuição eletrônica do par livre no N, mas isso não aumenta a ordem para 2; a ligação é essencialmente simples.)
Passo 14
Comparação final para (c) usando as ordens:
-
: ordem (maior comprimento) -
: ordem (intermediária) -
: ordem (menor comprimento)
Portanto, em ordem decrescente do comprimento da ligação C–N: